JP3243177U - Thermal ablation monitoring using B-mode ultrasound image registration - Google Patents
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Abstract
超音波画像位置合わせを実行するため、及び超音波画像を使用して熱アブレーションを誘導するためのシステム、ディスプレイ及び方法が提供される。位置合わせは、連続する超音波画像を相関させること、相関値からキーフレームを識別すること、呼吸及び心拍に対応する周期的変化を識別すること、並びに識別された周期的変化に関して、同じフェーズを有する連続するキーフレーム内のピクセルを相関させることによって実行される。この位置合わせに基づいて、アブレーションの開始が検出され、このアブレーション手順で形成された気泡が識別され、それらの移動が追跡される。これらは、すべてBモード超音波画像のみを使用する。識別された気泡を使用して、熱損傷組織領域が、従来技術のアブレーション後結果と同様の精度で、リアルタイムで画定され、提供される。それゆえ、開示されるシステム及び方法は、熱アブレーションをリアルタイムで監視する超音波ベースの方法を医師に提供する。【選択図】図1ASystems, displays and methods are provided for performing ultrasound image registration and for using ultrasound images to guide thermal ablation. Registration involves correlating successive ultrasound images, identifying keyframes from the correlation values, identifying periodic changes corresponding to respiration and heartbeat, and determining the same phase for the identified periodic changes. This is done by correlating pixels in successive keyframes with Based on this alignment, the onset of ablation is detected, bubbles formed in this ablation procedure are identified, and their movement is tracked. They all use only B-mode ultrasound images. Using the identified gas bubbles, thermally damaged tissue regions are defined and provided in real-time with accuracy similar to prior art post-ablation results. The disclosed systems and methods therefore provide physicians with an ultrasound-based method of monitoring thermal ablation in real time. [Selection drawing] Fig. 1A
Description
本考案は、熱アブレーションの分野に関し、より詳細には、熱アブレーション手順の超音波監視に関する。 The present invention relates to the field of thermal ablation and, more particularly, to ultrasonic monitoring of thermal ablation procedures.
現在の実務では、MRI(磁気共鳴画像法)又はCT(コンピュータ断層撮影法)を使用して、手順が行われた24時間後及び組織が定着した後に組織への熱アブレーション損傷及びアブレーション手順効率が評価される。 Current practice uses MRI (Magnetic Resonance Imaging) or CT (Computer Tomography) to measure thermal ablation damage to tissue and ablation procedure efficiency 24 hours after the procedure is performed and after the tissue has settled. evaluated.
米国特許第7,367,944号明細書及び米国特許第8,603,015号明細書は、組織のアブレーションを監視する方法及びシステムを教示し、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。 U.S. Pat. Nos. 7,367,944 and 8,603,015 teach methods and systems for monitoring tissue ablation and are hereby incorporated by reference in their entirety. .
以下は、本考案の最初の理解を提供する簡略化された概要である。この概要は、必ずしも重要な要素を特定するものではなく、本考案の範囲を限定するものでもなく、以下の説明への導入としての役割を果たすにすぎない。 SUMMARY The following is a simplified summary to provide an initial understanding of the invention. This summary does not necessarily identify key elements or limit the scope of the invention, but merely serves as an introduction to the description that follows.
本考案の1つの態様は、熱アブレーションユニットに関連する超音波ディスプレイであって、繰り返し更新されるBモード超音波画像と、この繰り返し更新されるBモード超音波画像に位置合わせされた熱損傷組織の少なくとも1つの表示(indication)とを含む超音波ディスプレイを提供する。 One aspect of the present invention is an ultrasound display associated with a thermal ablation unit comprising a repeatedly updated B-mode ultrasound image and thermally damaged tissue aligned with the repeatedly updated B-mode ultrasound image. and at least one indication of.
本考案の1つの態様は、複数の連続する超音波画像に関して実行される超音波画像位置合わせの方法であって、連続する超音波画像を計算し相関させて相関値を得る工程と、この相関値から複数のキーフレームを識別する工程と、相関値から上記連続する超音波画像内の少なくとも1つの周期的変化を識別する工程と、上記識別された少なくとも1つの周期的変化に関して、同じフェーズ(相)を有する連続するキーフレーム内のピクセルを相関させることによって超音波画像位置合わせを実行する工程とを含む方法を提供する。 One aspect of the present invention is a method of ultrasound image registration performed on a plurality of consecutive ultrasound images, comprising the steps of calculating and correlating the consecutive ultrasound images to obtain a correlation value; identifying a plurality of keyframes from the values; identifying at least one periodic change in the sequential ultrasound images from the correlation values; and performing ultrasound image registration by correlating pixels in successive keyframes with phases.
本考案の1つの態様は、熱アブレーション手順を監視(モニタリング)する方法であって、指定された継続時間内に発生しかつ指定された閾値を上回る相関値の変化によってアブレーションの開始を識別する工程と、位置合わせされた超音波画像内のアブレーションによって形成される気泡を識別する工程と、位置合わせされた超音波画像内の気泡の動きを検出する工程と、到来する連続する超音波画像に関して動的かつリアルタイムで、検出された気泡の動きに関してかつそれを排除して熱損傷組織領域を画定する(の境界を定める)工程とを含む方法を提供する。 One aspect of the invention is a method of monitoring a thermal ablation procedure, identifying the onset of ablation by a change in correlation value that occurs within a specified duration and above a specified threshold. and identifying bubbles formed by the ablation in the registered ultrasound images; detecting movement of the bubbles in the registered ultrasound images; delimiting (demarcating) a thermally damaged tissue region with respect to and excluding detected bubble motion, in a targeted and real-time manner.
本考案の1つの態様は、受信された連続する超音波画像を計算し相関させて相関値を得ること、この相関値の値から複数のキーフレームを識別すること、相関値から連続する超音波画像内の少なくとも1つの周期的変化を識別すること、及び上記識別された少なくとも1つの周期的変化に関して、同じフェーズを有する連続するキーフレーム内のピクセルを相関させることによって超音波画像位置合わせを実行することを行うように構成された超音波位置合わせモジュールを提供する。 One aspect of the present invention is to calculate and correlate received consecutive ultrasound images to obtain a correlation value, identify a plurality of keyframes from the correlation value, Performing ultrasound image registration by identifying at least one periodic change in the image and correlating pixels in successive keyframes having the same phase with respect to the identified at least one periodic change. An ultrasonic alignment module is provided that is configured to:
本考案の1つの態様は、熱アブレーションのための超音波画像誘導型システムであって、複数の連続する超音波画像を受信するように構成される超音波位置合わせモジュールと、指定された継続時間内に発生しかつ指定された閾値を上回る相関値の変化によってアブレーションの開始を識別するように構成されるアブレーション監視モジュールとを含むシステムを提供する。 One aspect of the invention is an ultrasound image-guided system for thermal ablation, comprising an ultrasound registration module configured to receive a plurality of sequential ultrasound images and a specified duration of time. an ablation monitoring module configured to identify the onset of ablation by a change in correlation value occurring within and exceeding a specified threshold.
本考案のこれらの、追加の、及び/又は他の態様及び/又は利点は、以下の詳細な説明に記載され、おそらく、詳細な説明から推測でき、かつ/又は本考案の実施によって学習できる。 These, additional and/or other aspects and/or advantages of the invention are set forth in, or likely can be inferred from, the detailed description and/or learned by practice of the invention, which follows.
本考案の実施形態をより良く理解するために、そして本考案の実施形態がどのように実施されてもよいかを示すために、これより、純粋に例として、添付の図面を参照する。図面では、全体にわたって、同様の数字は対応する要素又は部分を表す。 For a better understanding of embodiments of the invention and to show how embodiments of the invention may be practiced, reference will now be made, purely by way of example, to the accompanying drawings. In the drawings, like numerals represent corresponding elements or parts throughout.
以下の説明では、本考案の様々な態様が説明される。説明の目的で、本考案の完全な理解を提供するために、特定の構成及び詳細が記載される。しかしながら、当業者には、本考案が本明細書に提示される具体的な詳細なしに実施されてもよいことも明らかであろう。さらには、周知の特徴は、本考案を不明瞭にしないために省略又は簡略化されていることがある。特に図面への参照に関しては、示される詳細は、例示のためのものであり、本考案の例示的な考察のみを目的としており、本考案の原理及び概念的態様の最も有用で容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示されることが強調される。この点に関して、本考案の基本的な理解に必要なものよりも詳細に本考案の構造的詳細を示そうとはされていないが、図面と共に行われる説明は、本考案のいくつかの形態が実際にどのように具体化されてもよいかを当業者に明らかにする。 The following description describes various aspects of the invention. For purposes of explanation, specific configurations and details are set forth in order to provide a thorough understanding of the invention. However, it will also be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without the specific details presented herein. Additionally, well-known features may be omitted or simplified in order not to obscure the invention. With particular reference to the drawings, the details shown are for purposes of illustration and are intended for exemplary discussion of the invention only, and are the most useful and readily understood of the principles and conceptual aspects of the invention. It is emphasized that it is presented to provide what is believed to be an explanation that In this regard, while no attempt is made to show structural details of the invention in more detail than is necessary for a basic understanding of the invention, the description accompanying the drawings provides an understanding that some aspects of the invention are: It will be clear to those skilled in the art how it may be embodied in practice.
本考案の少なくとも1つの実施形態を詳細に説明する前に、本考案は、その適用において、以下の説明に記載されるか又は図面に示される構成の詳細及び構成要素の配置に限定されないということを理解されたい。本考案は、様々な方法で実施又は実行されてもよい他の実施形態、及び開示される実施形態の組合せに適用可能である。また、本明細書で用いられる表現及び用語は、説明の目的のためのものであり、限定するものと見なされるべきではないことを理解されたい。 Before describing at least one embodiment of the invention in detail, it is important to note that this invention is not limited in its application to the details of construction and arrangement of components set forth in the following description or shown in the drawings. Please understand. The invention is applicable to other embodiments and combinations of the disclosed embodiments that may be practiced or carried out in various ways. Also, it is to be understood that the phraseology and terminology used herein is for the purpose of description and should not be regarded as limiting.
特に断らない限り、以下の論述から明らかなように、本明細書全体を通して、「処理(すること)」、「計算(すること)」、「算出(すること)」、「決定(すること)」、「強調(すること)」、「導出(すること)」等の用語を利用する論述は、コンピューティングシステムのレジスタ及び/又はメモリ内の物理量(例えば、電子的な量)として表されるデータを、コンピューティングシステムのメモリ、レジスタ、又は他のこのような情報の記憶、伝送若しくは表示のための装置内の物理量として同様に表される他のデータに操作及び/又は変換する、コンピューティングシステム若しくはコンピュータ、又は同様の電子計算装置の動作及び/又はプロセスを指すことを理解されたい。 Throughout this specification, unless otherwise indicated, as will be apparent from the discussion below, ”, “emphasis”, “derivation”, etc. are expressed as physical quantities (e.g., electronic quantities) in the registers and/or memory of a computing system. Computing, manipulating and/or transforming data into other data similarly represented as physical quantities within a computing system's memory, registers, or other apparatus for the storage, transmission, or display of such information It should be understood to refer to the operations and/or processes of a system or computer, or similar electronic computing device.
本考案の実施形態は、特に超音波画像を使用して、例えば悪性腫瘍の画像誘導型熱アブレーション(熱焼灼)を行うための効率的かつ経済的な方法及び機構を提供し、これにより、医療アブレーション及び超音波画像処理の技術分野への改善を提供する。画像誘導型悪性腫瘍熱アブレーション(IGA)は、徐々に治療の第一線になりつつあり、直視下手術(開腹術、開胸術)における腫瘍切除に対する実行可能な代替法として、多種多様な臨床の現場において適用されている。開示されるIGA方法は、少なくともいくつかの実施形態では、少なくとも直視下手術の結果と同等の臨床的に有効なマージン及び最小限の付随的損傷を伴う細胞致死的アブレーションゾーンを提供するように構成される。 Embodiments of the present invention provide efficient and economical methods and mechanisms for image-guided thermal ablation (thermal ablation) of, for example, malignant tumors, particularly using ultrasound imaging, thereby providing medical It provides improvements to the art of ablation and ultrasound imaging. Image-guided thermal ablation (IGA) of malignant tumors is gradually becoming the first line of treatment and is being explored in a wide variety of clinical settings as a viable alternative to tumor resection in open surgery (laparotomy, thoracotomy). applied in the field. The disclosed IGA methods are configured, in at least some embodiments, to provide a cytolethal ablation zone with clinically effective margins and minimal collateral damage at least equivalent to the results of open surgery. be done.
開示される実施形態は、処置前イメージング、処置前計画、及び特にオンライン監視された腫瘍アブレーション及び処置後評価を含む、効果的なIGA処置の典型的な4つのフェーズのいずれかに対する改善及び/又は解決策を提供する。さらに、腫瘍が経皮的にアクセス可能である、実行可能な経皮的腫瘍アブレーション手順(手技)の場合、開示される実施形態は、処置前のイメージング及び計画、並びに特に、隣接組織への損傷を回避し、さらには処置担当者が非侵襲的に、場合によってはリアルタイムで処置応答を可視化、確認及び検証することを可能にする、腫瘍の制御可能な熱アブレーションを提供する。特に、組織の損傷に関する撮像フィードバックを1日待つことを通常必要とする従来技術の方法とは対照的に、開示されるリアルタイム又はほぼリアルタイムのフィードバックは、腫瘍の正確で完全かつ確認可能な熱アブレーションを可能にする。アブレーションを監視する従来技術の試みに対して有利には、開示される実施形態は、アブレーション損傷を定量化するために、組織の生物学的特徴(シグネチャ)、すなわち、組織が熱アブレーションに反応する典型的な態様に従う。 Disclosed embodiments improve and/or any of the four typical phases of effective IGA treatment, including pre-treatment imaging, pre-treatment planning, and, among other things, online-monitored tumor ablation and post-treatment assessment. provide a solution. Moreover, for viable percutaneous tumor ablation procedures (procedures) where the tumor is percutaneously accessible, the disclosed embodiments are useful for pretreatment imaging and planning and, in particular, damage to adjacent tissue. and provide controllable thermal ablation of tumors that allows the practitioner to visualize, confirm and verify treatment response non-invasively, possibly in real-time. In particular, the disclosed real-time or near-real-time feedback enables accurate, complete, and identifiable thermal ablation of tumors, in contrast to prior art methods that typically require waiting one day for imaging feedback on tissue damage. enable Advantageously, as opposed to prior art attempts to monitor ablation, the disclosed embodiments use a biological signature of tissue, i.e., how tissue responds to thermal ablation, to quantify ablation damage. According to a typical embodiment.
超音波画像位置合わせを実行するため、及び超音波画像を使用して熱アブレーションを誘導するためのシステム、ディスプレイ及び方法が提供される。位置合わせは、連続する超音波画像を計算し相関させ、相関値からキーフレームを識別し、呼吸及び心拍に対応する周期的変化(複数種可)を識別し、識別された周期的変化に関して、同じフェーズを有する連続するキーフレーム内のピクセルを相関させることによって実行される。この位置合わせに基づいて、アブレーションの開始が検出され、このアブレーション手順で形成された気泡が識別され、それらの移動が追跡される。これらは、すべてBモード超音波画像のみを使用する。識別された気泡を使用して、熱損傷組織領域が、従来技術のアブレーション後結果と同様の精度で、リアルタイムで画定され提供される。それゆえ、開示されるシステム及び方法は、熱アブレーションをリアルタイムで監視する超音波ベースの方法を医師に提供する。さらなる特徴は、超音波画像の質の評価、安全性警告、アブレーション分析、並びにアブレーション手順のシミュレーション及び計画を含む。 Systems, displays and methods are provided for performing ultrasound image registration and for using ultrasound images to guide thermal ablation. Registration computes and correlates consecutive ultrasound images, identifies keyframes from the correlation values, identifies periodic change(s) corresponding to respiration and heartbeat, and for the identified periodic changes: It is performed by correlating pixels in consecutive keyframes that have the same phase. Based on this alignment, the onset of ablation is detected, bubbles formed in this ablation procedure are identified, and their movement is tracked. They all use only B-mode ultrasound images. Using the identified gas bubbles, thermally damaged tissue regions are defined and provided in real-time with accuracy similar to prior art post-ablation results. The disclosed systems and methods therefore provide physicians with an ultrasound-based method of monitoring thermal ablation in real time. Additional features include assessment of ultrasound image quality, safety alerts, ablation analysis, and simulation and planning of ablation procedures.
図1A~図1Eは、本考案のいくつかの実施形態に係る、熱アブレーションのための超音波画像誘導型システム100の高レベル概略ブロック図である。図1Aは、システム100の熱アブレーションツール80及びモジュールを使用して実行される熱アブレーション手順を概略的に示し、図1Bは、システム100内の超音波位置合わせモジュール101並びに安全モジュール103及び画質評価モジュール105の詳細を概略的に示し、図1Cは、システム100のアブレーション監視モジュール102の詳細を概略的に示す。モジュールへのシステム動作の分離は、概略的かつ非限定的であり、単に説明の目的を意図している。図1Dは、本考案のいくつかの実施形態に係る、肝臓組織の損傷を推定するためのアルゴリズムフローを概略的に示す。図1Eは、以下で説明されるコンピューティングデバイス109を概略的に示す。
1A-1E are high-level schematic block diagrams of an ultrasound image-guided
図1Aは、例えば、肝臓内の腫瘍等の組織70をアブレーションするために、例えば、RF又は場合によってはレーザーエネルギーを使用して、熱アブレーションツール80を使用して行われる熱アブレーション手順を概略的に示す。熱アブレーション手順は、Bモードで動作する超音波モジュール85によってリアルタイムで監視され、この超音波モジュール85は、熱アブレーション手順を監視するために、例えば、アブレーションされた組織を識別し、標的組織70を周囲組織から区別し、熱アブレーション手順の進行に関するフィードバックを提供し、除去された標的組織70の範囲を示し、アブレーションされた周囲組織及び/又は接近している安全境界に関して警告すること、並びに標的組織70の除去における熱アブレーション手順の成功のリアルタイム評価を提供するために、超音波画像誘導型システム100によって使用される連続する超音波画像90を提供する。現在の技術では、アブレーションされた標的組織70の範囲及び周囲組織への損傷を判定するために信頼できる撮像が使用することができる前に、約1日の期間が経過することが必要とされ、次いで、欠陥があればそれを修正するために、別の手順が行われるべきであることに留意されたい。開示される実施形態では、提供されるフィードバックは、即時であり、熱アブレーション手順の実行中のその熱アブレーション手順の最適化を可能にする。
FIG. 1A schematically illustrates a thermal ablation procedure performed using a
様々な実施形態では、熱アブレーションのための超音波画像誘導型システム100は、到来する連続する超音波画像90から連続性及び空間的配向を提供するように構成された超音波位置合わせモジュール101と、熱アブレーション手順を検出及び監視するように構成されたアブレーション監視モジュール102とを含む。追加のモジュールを使用して、安全性警告を提供し(例えば、安全モジュール103)、画質を評価し(例えば、画質評価モジュール105)、場合によっては画質を改善し、熱アブレーション手順が終了した後に熱アブレーション手順に関する報告を提供し、追加のデータ及び分析を導出などし(例えば、アブレーション分析モジュール104)、熱アブレーション手順を計画し(例えば、シミュレーション及び計画モジュール106)てもよい。
In various embodiments, an ultrasound image-guided
超音波位置合わせモジュール101(例えば、図1Bを参照)は、受信された連続する超音波画像90間の少なくとも1つの相関値110を計算及び監視すること、計算された相関値(複数可)110から複数のキーフレーム120を識別すること、計算された相関値110の値から連続する超音波画像90内の少なくとも1つの周期的変化130を識別すること、及び識別された周期的変化130に関して、同じフェーズを有する連続するキーフレーム120内のピクセルを相関させることによって超音波画像位置合わせ140を実行するするように構成されてもよい。
The ultrasound registration module 101 (see, for example, FIG. 1B) calculates and monitors at least one
図2A及び図2Bは、本考案のいくつかの実施形態に係るキーフレーム120の導出及び使用についての概略的な非限定的な例を提供する。キーフレーム120は、例えば数個、数十個又は数百個のキーフレーム120を含むキーフレームバンク121においてグループ化されてもよく、到来する画像90はこれらのキーフレーム120と比較されてもよい。例えば、到来する画像90は、画像特徴及び周期的変化130に関するそれらの周期性に基づいて、最後のキーフレーム及び以前のキーフレームと比較されてもよい。例えば、動きパラメータ自己相関が、到来する画像90に関してキーフレームバンク121からキーフレーム120を選択するために使用されてもよい。使用されるキーフレーム120を切り替えることは、ドリフト問題を克服するように構成されてもよい。特定の実施形態では、動きパラメータを予測するモデル(例えば、速度モデル)が、場合によっては拡張相関係数(enhanced correlation coefficient、ECC)最大化を適用するための開始点として、キーフレーム120の選択のために適用されてもよい。
2A and 2B provide schematic non-limiting examples of the derivation and use of
特定の実施形態では、円形フレームバッファ(循環フレームバッファ、circular frame buffer)122が、周期的変化130の1回以上のサイクルを表す数百個又は数千個の連続フレームを含んでもよい。到来する画像90は、画像特徴及び周期的変化130に関するそれらの周期性に基づいて、円形フレームバッファ122内の最後及び任意のフレームと比較されてもよい。
In particular embodiments,
図2Bは、本考案のいくつかの実施形態に係る、周期的変化130の検出及びキーフレーム選択の実装のための概略的な非限定的な例を提供する。特定の実施形態では、キーフレーム120は、例えば、過去と相関する固定サイズのスライディングウィンドウ123を使用して計算される動きパラメータの自己相関を使用して、フレームバッファ121から選択されてもよい。図2Bは、ピアソン(Pearson)のθに適用される経時的なスライディングウィンドウ123(時間に対するスライディングバック)、及び結果として生じる経時的な自己相関値の例を提供する。時間点124は、自己相関のピークを提供し、周期的変化130の周期性を示す。明らかに、周期性を検出する代替の方法が、画像データ又はその部分に適用されてもよい(例えば、周期性は、例えば、血管、処置領域、又は画像の他の部分に関連する、画像の特定の部分において検出されてもよい)。
FIG. 2B provides a schematic non-limiting example for implementing
様々な実施形態では、超音波画像位置合わせ140は、拡張相関係数最大化(ECC)を使用するパラメトリック画像アラインメント及び/又は多項式展開に基づく2フレーム動き推定を使用する高密度オプティカルフロー(Optical Flow)等の公知の位置合わせ技法をキーフレーム120のうちの1つ以上に適用することによって実行されてもよい。キーフレーム120間の整合を達成するために、及び/又は特定のキーフレーム120の必要な変換を予測するために、公知の位置合わせ技法のうちの1つ以上が適用されてもよい。超音波画像位置合わせ140は、アブレーション中に2D画像を位置合わせすることに固有の課題、すなわち、異なる2D画像の平面の変化に起因するフレーム間の非剛体変換、異なる画像内の捕捉されたセクションが互いに対応するという不確実性、並びに超音波画像内の要素を周期的に不明瞭にする組織柔軟性及び明らかなアブレーション効果を克服するように構成されてもよい。
In various embodiments, the
アブレーション手順の前及び最中に、医師は、超音波画像平面の配向を変更し、対応する組織断面を表示しないためシーケンス内の他の超音波画像に位置合わせすることができない超音波画像をもたらしてもよいことに留意されたい。超音波位置合わせモジュール101は、平面外画像を検出し、及び/又は同じ平面内にある超音波画像のみを位置合わせするように構成されていてもよい。
Before and during an ablation procedure, the physician changes the orientation of the ultrasound image plane, resulting in an ultrasound image that cannot be registered with other ultrasound images in the sequence because it does not display the corresponding tissue cross-section. Note that you may The
様々な実施形態では、熱アブレーションのための超音波画像誘導型システム100は、複数の連続する超音波画像90を受信し、受信された超音波画像90から少なくとも1つのキーフレーム120を識別し、そのキーフレーム120に関して受信された超音波画像90に少なくとも2つの位置合わせアルゴリズムを適用し、対応する少なくとも2つの信頼度スコアを得て、その少なくとも2つの信頼度スコアが指定された閾値を上回る(例えば、80%、85、90%、95%又は中間値を上回る)受信された超音波画像を位置合わせするように構成される超音波位置合わせモジュール101を含む。例えば、ECC及びオプティカルフロー等の2つの異なる種類の位置合わせアルゴリズムを使用することで、信頼度スコアの少なくとも1つが低い(例えば、80%未満)画像として平面外画像を検出することが可能になる場合がある。
In various embodiments, an ultrasound image-guided
特に、アブレーション手順中は、超音波画像の時々の極端な変化及びアブレーションされた組織の範囲の連続的な変化に起因して、位置合わせは困難である。それぞれの信頼度スコアを伴う2つ以上の位置合わせアルゴリズムを使用することで、平面外画像を検出し、従って、アブレーションされた領域の監視を維持することが可能になってもよい。例えば、ECC及びオプティカルフローは、位置合わせを計算する方法において本質的に異なるので、両方のアルゴリズムによる高い信頼度スコアを有する超音波画像90は、それらが位置合わせされる際の基準となるそれぞれのキー画像120と同じ平面にある可能性が高い。
In particular, registration is difficult during an ablation procedure due to the sometimes drastic changes in the ultrasound image and the continuous changes in the extent of the ablated tissue. Using two or more registration algorithms with their respective confidence scores may allow out-of-plane images to be detected, thus maintaining surveillance of the ablated region. For example, since ECC and optical flow are inherently different in the way they compute registration,
いくつかの実施形態では一度に1つのキーフレーム120で充分であってもよく、アブレーションが進行するにつれて更新されてもよいことに留意されたい。位置合わせアルゴリズムは、キーフレーム120に関して予測された画像を比較するために、及び/又は位置合わせのドリフトを回避するためのアンカーとして1つ以上のキーフレーム120を使用するために適用されてもよい。
Note that one
特定の実施形態では、超音波位置合わせモジュール101は、少なくとも2つの位置合わせアルゴリズムの結果に関して投票手順を実行することによって、集約された信頼度スコアを導出するように構成されてもよい。具体的には、信頼度スコアは、外れ値を破棄するために使用されてもよく(すべての位置合わせからの変換が同じ出力画像をもたらす場合、信頼度は高いが、これに対してそれらが異なる場合、信頼度は低いため)、一方で、投票プロセスは、位置合わせが無関係の画像(例えば、異なる平面からの画像)間で行われないことを確認するために使用されてもよい。
In certain embodiments,
本明細書に開示されるように、アブレーション監視モジュール102は、位置合わせされた画像におけるアブレーションの開始を識別し、位置合わせされた超音波画像内のアブレーションによって形成された気泡を識別して、位置合わせされた超音波画像において気泡の移動を検出し、位置合わせされた超音波画像上でアブレーション領域を示し、例えば、熱損傷組織の境界を示し、熱損傷組織を示す着色領域を示し、及び/又は、気泡形成(フェーズ1)、気泡発達(フェーズ2)及び気泡飽和(フェーズ3)を示すように構成されてもよい。
As disclosed herein, the
アブレーションされた領域が予想外に縮小又は変化するように見える場合、位置合わせアルゴリズムによって導出された信頼度スコアは、撮像面がキーフレーム120と類似するよう戻るまで、それぞれの画像をスキップするか、又はアブレーションされた領域の誤った表示を回避する(例えば、それぞれの面外の表示(知らせ)を表示すること)ために使用されてもよい。
If the ablated region appears to shrink or change unexpectedly, the confidence score derived by the registration algorithm either skips each image until the imaging plane returns to resemble
複数の監視平面を含む実施形態では、超音波画像は、本明細書に開示されるように、それぞれの平面に位置合わせされてもよい。 In embodiments that include multiple monitoring planes, the ultrasound image may be registered with each plane as disclosed herein.
超音波画像位置合わせ140は、ECC及び高密度オプティカルフロー等の公知の位置合わせ技法を特定のキーフレーム120に直接適用することによって、及び/又は他の指定されたキーフレーム120に適合するように特定のキーフレーム120の変換を導出するために、実行されてもよい。複数の位置合わせ技法が、指定されたキーフレーム120の予測をもたらすために、指定されたキーフレーム120及び/又は関連するキーフレームに適用されてもよく、超音波画像位置合わせ140は、複数の候補を処理し、指定されたキーフレーム120に対する合意投票及び/又は信頼度スコアに到達するために使用することができるそれぞれの信頼度スコアを導出することによって、位置合わせされたキーフレームを選択するように構成されてもよい。
特定の実施形態では、超音波位置合わせモジュール101は、受信された連続する超音波画像90に対してリアルタイムで超音波画像位置合わせ140を実行するように構成されてもよい。リアルタイム位置合わせ140は、場合によっては、画像処理手順を実行するために必要とされるわずかな遅延を伴って、超音波位置合わせモジュール101の技術的実装、超音波画質、超音波オペレータの熟練度等に応じて、熱アブレーション手順の実行中に実行されてもよい。用語「リアルタイム」は、本明細書では、超音波画像の捕捉とそれらの位置合わせ140との間の、無遅延、数ミリ秒(例えば、1~5ミリ秒、5~10ミリ秒、若しくは任意の中間範囲)の遅延、数十ミリ秒(例えば、10~50ミリ秒、50~100ミリ秒、若しくは任意の中間範囲)の遅延、数百ミリ秒(例えば、100~500ミリ秒、500~1000ミリ秒、若しくは任意の中間範囲)の遅延、又は数秒(例えば、1~5秒若しくは任意の中間範囲)までの遅延を表すために使用される。
In certain embodiments, the
超音波位置合わせモジュール101は、超音波撮像モジュール85の種類に関して超音波画像90を処理するように構成されてもよい。様々な実施形態では、超音波位置合わせモジュール101は、超音波撮像モジュール85をさらに含んでもよく、超音波撮像モジュール85の種類に調整されてもよい。様々な実施形態では、超音波位置合わせモジュール101及び超音波撮像モジュール85は、部分的に又は完全に統合されてもよい。
The
特定の実施形態では、超音波位置合わせモジュール101は、識別された周期的変化130から、呼吸数及び/若しくは心拍数等の医療パラメータ135を導出し、並びに/又は患者の動きを示すように構成されてもよい。例えば、医療パラメータ135は、超音波画像90及び/又はその指定された領域の周波数分析131から導出されてもよい。(周期的変化130の)識別された周波数は、心拍数及び呼吸数等の医療パラメータ135を監視するために、並びに血管検出172、174及び/又は血管を通る気泡の動き170を強調させるためにも使用されてもよい。
In certain embodiments, the
図3は、本考案のいくつかの実施形態に係る、周波数分析131を用いた周期的変化130の検出のための概略的な非限定的な例を提供する。周波数分析131は、フーリエ変換132を画像90のシーケンス(及び/又は例えばマスクを使用した画像部分)に適用することと、顕著な周波数を検出することとを含んでもよい。図示された非限定的な例では、0.25~0.35Hzの顕著な周波数は、患者の呼吸数に関連してもよく、一方で1.86Hzの顕著な周波数は、分析において識別されてもよいが、特定の医療パラメータに直ちに関連付けられなくてもよい。検出されるものの医学的重要性の識別は、監視される医学的パラメータ(例えば、心拍数)との関係によって間接的に、及び/又はさらなる分析131によって直接的に達成されてもよい。図示される非限定的な例では、画像分析及び/又は強調133は、例えば、検出された周波数における時間バンドパスフィルタを到来する超音波(US)画像90及び/又は強調された(例えば、動き補償された)超音波画像185に適用134することによって、検出された周波数において適用されてもよい。提供された例では、心拍数に関連すると疑われうる1.86Hzの顕著な(一時的な)周波数は、実際に、超音波画像において血管と空間的に相関すると見られ、血管をより明確に示すために超音波画像185をさらに強調するために使用されてもよい。本明細書で議論されるように(例えば、組織冷却モデル116を参照)、血管の冷却効果及び気泡輸送効果は、損傷組織領域180を推定する際に使用されてもよい。
FIG. 3 provides a schematic non-limiting example for detection of
特定の実施形態では、識別された気泡160(下記参照)は、場合によっては(例えば、CTデータを使用して)以前に識別された血管との相関関係において、それらの移動パルス周波数に従って血管を通って移動するものとしてさらに識別されてもよい。検出された医療パラメータ135はさらに、患者の動きの場合に処置領域を再取得するために使用されてもよい。第1に、患者の動き自体が監視され、元の姿勢への患者の復帰を示すために使用されてもよく、第2に、例えば、周波数に関して、医療パラメータ135の規則性が、患者の動きの前に焦点面を識別し、処置領域に対応するキーフレームを再確立するために使用されてもよい。処置領域の再取得又は追跡失敗回復は、場合によっては、例えば、追跡領域の画像特性に関して、追跡の喪失まで収集されたデータを利用する、及び/又は本明細書に開示されるような直交平面内の画像を利用する、本明細書に開示される位置合わせ方法のうちのいずれかによって達成されてもよい。
In certain embodiments, the identified bubbles 160 (see below) move the vessels according to their moving pulse frequency, possibly in correlation with previously identified vessels (eg, using CT data). It may be further identified as moving through. The detected
特定の実施形態では、超音波位置合わせモジュール101は、指定された閾値よりも大きい監視された相関値110の減少によって面外フレーム111を検出するように構成されてもよい。例えば、周波数分析は、超音波測定の平面への処置領域の規則的な復帰を検出し、これによりキーフレーム120を決定するために使用されてもよい(例えば、図3参照)。さらに、周波数分析は、画像からノイズ(例えば、スペックル)を除去し、これにより画質を改善するために使用されてもよい。
In certain embodiments, the
相関値(複数可)110を使用することは、連続する超音波画像90を処理することについての非限定的な例を提供することに留意されたい。超音波画像90間の相関は、以下のいずれかを含む様々な方法によって実行されてもよい:例えば、Proceedings of the MICCAI 2014 workshop - Challenge on Liver Ultrasound Tracking,CLUST 2014 -(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)において教示されるように、絶対差分和(SAD)、二乗差分和(SSD)、正規化相互相関(NCC)、カーネルベースの追跡アルゴリズム、正規化勾配場(normalized gradient fields)を使用する非線形画像位置合わせ、高密度オプティカルフローを使用する2D動作追跡、ベイジアンアルゴリズム、動き推定フレームワーク等。
Note that using the correlation value(s) 110 provides a non-limiting example of processing
特定の実施形態では、超音波位置合わせモジュール101は、連続する超音波画像90の画質105を評価し、低品質画像を除去するように構成されてもよい。特定の実施形態では、超音波位置合わせモジュール101は、以前に受信された超音波画像90上で超音波位置合わせモジュール101によって形成される自動的にタグ付けされたデータバンク112に関して、機械学習114による画質評価105を実行するように構成されてもよい。タグ付けは、様々な方法で、例えば、画質の様々な尺度に関連して、位置合わせプロセスにおけるその有用性の尺度(例えば、特定のキーフレーム120との類似性)等に関連して実行されてもよい。画質105は、様々な方法によって評価されてもよく、その例としては、アブレーション手順に関連する画像及び画像部分の定量的及び定性的側面に関連してもよい、非参照及び完全参照画質評価のための深層畳み込みニューラルネットワーク等の人工知能方法が挙げられる。
In certain embodiments, the
いくつかの実施形態では、連続する超音波画像90は、2つの相互に直交する平面内又は3Dで捕捉(キャプチャ)されてもよく、超音波位置合わせモジュール101は、連続する超音波画像90のそれぞれの位置合わせを実行するように構成されてもよい。ある直交平面からのデータは、別の平面における位置合わせを強調するために使用されてもよい。特定の実施形態では、2つの相互に直交する超音波平面(x平面及びy平面と称され、それらの間に90°の角度を有してもよく、又は他の角度を有してx、y平面が相互に垂直にならなくてもよい)を使用することが、キーフレーム120を決定する際に、そして必要に応じて、患者の動きに追随して処置領域を再取得する際に利用されてもよい。というのも、1つの平面(例えば、x平面)に関する面外移動は、他方の平面(例えば、y平面)において追跡及び監視されてもよく、移動が行われた後に、新しい面外画像を識別するために使用されてもよい(移動は、両方の平面において顕在化されるため)からである。超音波位置合わせモジュール101は、2つの平面の間の交差線を監視及び制御し、平面のいずれかにおける超音波画像の位置合わせのためにそれを使用するように構成されてもよい。特定の実施形態では、2つの平面が、処置された組織、アブレーション領域、及び近傍の他の特徴部(例えば、血管)の体積範囲に関する詳細を有する、少なくとも部分的に3Dの超音波画像、又は拡張2D超音波画像を導出するために使用されてもよい。特定の実施形態では、両方の平面からのデータを使用して、アブレーション領域が要求される体積全体をカバーすること、及びアブレーション手順が病変の周囲の損傷を回避することが検証されてもよい(以下の安全モジュール103を参照)。
In some embodiments,
超音波画像誘導型システム100は、指定された継続時間内に発生しかつ指定された閾値を上回る、超音波位置合わせモジュール101によって監視される相関値110の変化を検出することによって、アブレーションの開始150を識別するように構成されるアブレーション監視モジュール102をさらに含んでもよい。アブレーションの開始150は、例えば、複数の電源(例えば、複数のRF電極又はレーザ焦点)が使用されるとき、又は電源が断続的に使用されるとき、新しいアブレーション開始を識別するように、アブレーション手順中に監視されてもよい。別個のアブレーション場所の場合、アブレーション監視モジュール102は、別個のアブレーション場所からの損傷組織領域を統合するように構成されてもよい。
The ultrasound image-guided
図4は、本考案のいくつかの実施形態に係る、アブレーションの開始150を検出することについての概略的な非限定的な例を提供する。特定のパラメータによって定義される到来する画像90の変化の検出は、例えば、周波数分析131を使用して、画像90の変化から導出される、画像151内の確率として図示される。アブレーション監視モジュール102は、アブレーションツール80自体からのデータを必要とすることなく、場合によってはツール80の検出された先端に関連して、アブレーションの開始150を検出するように構成される。図4に図示されるように、アブレーションの開始150の複数の(同時及び/又は連続)事象は、独立して検出され、針先端反射によるマスキング並びに雑音及び動きといった妨害要因等の従来技術の困難を克服してもよい。さらには、アブレーションの開始150の検出は、損傷形成の正確なタイミングを提供し、セグメント化精度を向上させる。
FIG. 4 provides a schematic non-limiting example of detecting the onset of
アブレーション監視モジュール102はさらに、位置合わせされた超音波画像内のアブレーションによって形成された気泡160を識別するように、及び/又は位置合わせされた超音波画像内の気泡の動き170を検出するように構成されてもよい。開示されるシステムは、少なくとも超音波位置合わせモジュール101によって識別されたキーフレーム120及び/又は周期的変化130に従って、グレースケールBモード超音波画像(例えば、空間分解能及び時間分解能を低下させるドップラー処理を必要としない)上で気泡の動き170の検出を提供することが強調される。気泡の動き170の動力学は、(気泡を排出する血管によって)依然として自身の血液供給を有する組織領域を、自身への活動的な血液供給を有さない(気泡が静的であり、排出されない)組織領域と区別するために使用されてもよく、後者は、結果として萎縮し、画定された組織180に含まれ得るが、それでもアブレーション手順によって直接かつ充分に損傷を受けてはいない組織に対応する。このようにして、気泡監視を使用して、結果として生じる間接的な組織損傷を予測することができ、この間接的な組織損傷は、従来技術では、24時間待機し、別の撮像手順を実施することによってのみ検出することができる(以下の実験結果におけるこの予測能力の検証を参照されたい)。
The
特定の実施形態では、アブレーション監視モジュール102は、崩壊した血管を示すために使用されてもよい気泡の動き170の停止を識別するように構成されてもよい。次いで、崩壊した血管(及びこれにより供給される組織)が、画定された損傷組織180に加えられてもよい。
In certain embodiments,
図5は、本考案のいくつかの実施形態に係る、気泡の動き170の動力学、及び血管に対するその関係を監視するための概略的な非限定的な例を提供する。強調超音波画像185Aは、気泡の動き171を支持し、モデル化されてもよい冷却効果116を提供する、無傷の血管172と接触する損傷組織180を図示する。強調超音波画像185Bを形成する際に、アブレーション監視モジュール102は、損傷した組織180、無傷の血管172、及び損傷した血管174を色分けするように構成されてもよく、これらの組織は、気泡の動き170の停止によって識別されてもよい。分析によれば、損傷組織区域180は、例えば、強調超音波画像185Cのように適用されてもよく、アブレーションが損傷領域の範囲を増加させ、血管が損傷し、凝固し、崩壊するにつれて、時間とともに連続強調超音波画像(例えば、185D)に展開することが示されてもよい。
FIG. 5 provides a schematic, non-limiting example for monitoring the dynamics of
アブレーション監視モジュール102は、熱損傷組織領域180を、到来する連続する超音波画像に関して、及び検出された気泡の動き170に関して、及びそれを排除して、動的かつリアルタイムで画定するようにさらに構成されてもよい。具体的には、本考案者らは、気泡の動き170が、まだ損傷しておらず、従って損傷した組織区域180から排除される組織を示すために使用されてもよいことを見出した。気泡の動き170は、血管を通る血液脈動に関連するものとして識別される、指定された周波数に関して監視されてもよい(上記心拍数特定を参照)。従って、気泡は、アブレーション領域内の維持された血流及び停止された血流をマークするための超音波検査下で造影剤として使用されてもよい。次いで、血流の停止は、本明細書に開示されるように、組織損傷を示し、損傷領域への追加部分を画定するために使用されてもよい。
The
アブレーション監視モジュール102はさらに、検出された気泡の動き170に関して無傷の血管172を、到来する連続する超音波画像に関して動的かつリアルタイムで画定するように構成されてもよい(例えば、図1C参照)。特定の実施形態では、アブレーション監視モジュール102は、画定された血管172を、強調された予備CT画像175において識別された血管と相関させるように構成されてもよい。この相関は、検証ツールとして、CT画像を強調する方法として、並びに/又はアブレーション分析104並びに/若しくは連続アブレーションのシミュレーション及び計画106のために使用されてもよい。アブレーション監視モジュール102はさらに、例えば、気泡の動き170の検出された停止に従って、到来する連続する超音波画像に関して動的かつリアルタイムで損傷血管174を識別するように構成されてもよい。アブレーション監視モジュール102は、識別された損傷血管174を、画定された熱損傷組織領域180に追加するようにさらに構成されてもよい。例えば、本考案者らは、血管崩壊176の事象を識別し、それに応じて、崩壊した血管176の領域を画定された損傷領域180に追加することによって、画定された損傷領域180を更新するために使用することができる血管崩壊176の典型的な特徴(シグネチャ)を識別した。
The
いくつかの実施形態では、アブレーション監視モジュール102はさらに、その生物学的特徴によって、すなわち、組織が熱アブレーションに反応する典型的な態様、例えば、形成される気泡の種類及び組織を通したそれらの伝搬、組織内で損傷が発達する速度、組織にわたる血管の分布等によって、熱アブレーションされた組織を特徴付けるように構成されてもよい。生物学的特徴は、アブレーションを増強するためにも使用されてもよく、例えば、多数の血管によって供給される腫瘍は、血管によって提供されるアブレーション領域の広範な冷却に起因して、健康な組織よりもゆっくりとアブレーションされてもよいことに留意されたい。従って、アブレーションが進行した速度は、アブレーションされている組織を特徴付けるために使用されてもよく、場合によっては、アブレーション手順自体を微調整するために使用されてもよい。
In some embodiments, the
特定の実施形態では、例えば、他の超音波モードからの付加的データが、開示されるBモードベースの超音波画像処理をさらに強化するために使用されてもよい。例えば、Mモード又はドップラーデータが導出され、提示された超音波画像における流れを強調するために使用されてもよい。 In certain embodiments, for example, additional data from other ultrasound modes may be used to further enhance the disclosed B-mode-based ultrasound imaging. For example, M-mode or Doppler data may be derived and used to enhance flow in a presented ultrasound image.
図1Dは、本考案のいくつかの実施形態に係る、肝臓組織損傷を推定するためのアルゴリズムフローを概略的に示す。このアルゴリズムフローは、準備段階202と、知覚段階204(場合によっては、アブレーション監視モジュール102によって少なくとも部分的に実行される)と、セグメント化段階206(場合によっては、アブレーション分析モジュール104によって少なくとも部分的に実行される)とを含んでもよく、これらも、以下の図10で説明する方法200の一部であってもよい。開示されるアルゴリズムは、リアルタイムで超音波画像を受信し、画定された損傷組織180等の進行中の熱アブレーションの効果の表示を含む強調された超音波画像185を送達するように構成されてもよい。そのような表示の例は、損傷領域の輪郭を描くこと、損傷領域を1つ以上の色でファイリングすること、超音波画像ピクセルを変更する(例えば、損傷組織に対応するピクセルをディスプレイにおいてより暗く又はより明るくする)こと、グレースケール画像に色を加えること等を含んでもよい。例えば、これらの改変のいずれも、以下に説明するパラメトリック凝固マップ181(図7A参照)からのデータを強調超音波画像185に組み込むことを含んでもよい。
FIG. 1D schematically illustrates an algorithmic flow for estimating liver tissue damage, according to some embodiments of the present invention. The algorithm flow includes a
例えば、準備段階202は、超音波位置合わせモジュール101による超音波位置合わせ及び画質評価105を含んでもよい。知覚段階204は、例えば、超音波トランスデューサの位置及び配向に関する気泡発達に関する幾何学的考慮事項に従って、アブレーションの開始150の検出と、気泡の動きの流体力学171の分析(例えば、気泡発達及び周囲血管に関連し、図1Cに開示されるようにそれらの状態を示す)と、陰影検出191とを含んでもよい。セグメント化段階206は、例えば、画像のセグメント(1つ以上のピクセル)における組織損傷の識別及び分類を含む、アブレーションセグメント化182と、例えば、強調192をさらに含む、陰影領域におけるアブレーションセグメント化184と、例えば、組織損傷を肝臓等のそれぞれの臓器の処置領域の解剖学的詳細に関連付ける、臓器セグメント化186と、任意選択で、様々な方法で2D超音波画像上に投影されてもよく、及び/又は直接的に(例えば、3D表現を使用して)若しくは間接的に(例えば、ユーザが2D画像の平面を変更することを可能にする)3D方式で表現されてもよい3D損傷レンダリング188を含んでもよい。
For example,
特定の実施形態では、アブレーション監視モジュール102はさらに、識別された気泡160に関して連続する超音波画像90内の陰影領域190を定め、熱損傷組織領域180の遠位境界を決定するために陰影領域190を強調192するように構成されてもよい。陰影領域190の画定は、検出された気泡160に関して、及び/又は検出された気泡の移動170に関して実行されてもよい。画定された損傷組織180において、陰影領域190は、組織損傷と、無傷及び損傷血管並びに血管崩壊172、174、176のそれぞれをより良く区別できるように強調されてもよく、これらを画定された損傷組織180に含めてもよい。
In certain embodiments, the
動的であり、アブレーション処置中に変化する可能性がある気泡に起因する陰影領域190に加えて、骨(例えば、肋骨)並びに超音波に対して不透明である他の組織及び要素に起因するさらなる陰影も、画像90内に存在し得ることに留意されたい。このような陰影は、例えば、動き及び周期的変化130に起因して画像90間で変化してもよいが、典型的には、時間的に発達しないという意味で、より静的である。前者(処置に関連する動的陰影)は処置領域により近く、一時的なものであり変化するが、後者(通常は処置とは無関係の静的陰影)はより安定で一定であり、前者は本明細書で論じられるより大きい課題を提起する。明らかに、対応する手順が後者にも適用されてもよい。
In addition to the shadowed area 190 due to air bubbles, which are dynamic and may change during the ablation procedure, additional shadows due to bones (e.g., ribs) and other tissues and elements that are opaque to ultrasound may occur. Note that shadows may also be present in
超音波位置合わせモジュール101及び/又はアブレーション監視モジュール102は、超音波画像90に時間的及び方向的な分析を適用して、陰影領域190及びそれらが影響を及ぼし、影響を受ける画像90内の領域を決定するように構成されてもよい。方向分析は、半径方向及び/又は接線方向に適用されてもよい。
図6は、本考案のいくつかの実施形態に係る、陰影領域190を取り扱うことについての非限定的な例を提供する。静的陰影191は、通常、処置とは無関係であるが、画像90内の超音波不透過性材料と関係があり、通常、画像185のより大きいセクションにわたって広がり、典型的には、画像の側部上にあり、処置領域から離れており、それゆえ、比較的にわずかな画像処理しか必要としない。しかしながら、陰影191が典型的には暗く(例えば、骨による陰影)、アブレーション手順を監視するシステムの能力を制限する可能性があるため、アブレーションされた組織の範囲が陰影領域に接近する場合に、警告が提供されてもよい。例えば、コントラストを増加させること(ピクセル間の差を強調すること)、及び/又はグレースケールを再スケーリングして陰影領域191内の狭められたグレー範囲をカバーすることによって、直接的な画像強調が陰影領域191に適用されてもよい。また、陰影付き画像領域191は、例えば、陰影領域191が(例えば、処理速度、メモリ要件等に関して)周期的変化130の検出を妨害しうる場合、位置合わせプロセスの効率を向上させるように、位置合わせプロセスから少なくとも部分的に除外されてもよい。
FIG. 6 provides a non-limiting example of handling shadowed regions 190, according to some embodiments of the present invention.
アブレーション中に生成される気泡160は、高度に反射性であり、それゆえ、典型的には、気泡の動きとともに動的であり、処置領域内に局所的であり、静的陰影191よりも暗くなく拡散性である陰影192を生成する。処置に関連する動的陰影192は、典型的には、開示される組織損傷の推定に強く影響を及ぼす可能性があるため、より詳細な分析を必要とする。アブレーションされた領域が拡張するにつれて、気泡陰影192のサイズと損傷領域180の導出に対する影響とはより顕著になり、陰影領域192の専用処理が、上記で開示されるように適用されてもよい(例えば、コントラスト及び/又は明るさの増強、アブレーション監視モジュール102による別個の分析等)。図6に概略的に図示されるように、陰影領域192の空間的広がりは、超音波源の方向に関して(例えば、対応する半径方向に、又は放射源の種類に応じて近似された方向に)、アブレーション監視モジュール102によって検出されるすべての識別された気泡及び気泡含有領域161に関して計算されてもよい。計算の結果は、陰影領域192に対応するマスクとして表されてもよく、複数の識別された気泡及び気泡含有領域161について空間的に統合されてもよい。計算された陰影領域192内の画像処理は、上で開示されたように実行されてもよい。
加えて、又は補完的に、組織への損傷は、画像90内のグレースケールの微分係数に関して推定され、少なくとも、ある程度、陰影によってもたらされる妨害を克服してもよい。画像185の強調は、損傷組織区域180を強調するためにグレースケールの微分係数に従って適用されてもよい。加えて、又は補完的に、検出閾値は、陰影領域190において下げられてもよく、及び/又はグレースケールは、陰影領域190において正規化されてもよい。損傷組織の分析を向上させるために、アブレーションによって引き起こされる動的変化を通して陰影を検出することに深層学習手順等の機械学習が適用されてもよい。
Additionally or complementary, tissue damage may be estimated in terms of grayscale derivatives in
組織特性解析及び画像セグメント化は、熱アブレーションがそれぞれの組織に対して有する効果に関してさらに強化されてもよい。アブレーション分析モジュール104は、生きた組織を死んだ組織から区別し(対応する血管の破壊後に萎縮するであろう組織部分を予測することを含む)、組織の種類を区別し(例えば、それらの中の気泡の量、サイズ、及び形成条件に関して)、場合によっては、異なる組織種類を通る熱放散及び音速のためのモデルを組み込むように構成されてもよい。セグメント化及び/又は識別された組織種類を示すために、強調超音波画像185にラベルが追加されてもよい。
Tissue characterization and image segmentation may be further enhanced with respect to the effects thermal ablation has on respective tissues. The
図7Aは、本考案のいくつかの実施形態に係る、気泡放出と組織凝固との間の関係の高レベル概略図である。気泡識別160及び損傷組織区域180は、熱処理によって誘発される局所的熱気泡活動の時空間的挙動の以下の分析に関して行われてもよい。図7Aに概略的に示すように、熱アブレーション中の典型的な気泡挙動は、3つの主要なフェーズに分けることができる。初期フェーズ(フェーズ1と表される)の間、気泡(例えば、窒素ガス及び/又は酸素ガスを含む)は、熱処理によって細胞及び結合組織から放出され、同時に、局所的な血液循環によって領域から部分的に除去される。従って、それぞれの領域における気泡濃度は、気泡放出のプロセスと排出のプロセスとの間のバランスを表す率で増加する。続くフェーズ(フェーズ2と表される)の間、血管は凝固し、形成されている気泡の排出を停止する。従って、気泡は形成し続けるが排出されないので、気泡濃度率は上昇する。最後に、最終フェーズ(フェーズ3と表される)の間、気泡濃度は、完全な組織凝固により飽和に達する。凝固していないが血液供給が遮断されている組織は、典型的には1日又は2日以内に虚血によりアポトーシスを起こすので、従って損傷組織と見なすことができるということに留意されたい。
FIG. 7A is a high-level schematic illustration of the relationship between bubble release and tissue coagulation, according to some embodiments of the present invention.
損傷組織180の定量的推定は、示されたフェーズに従って組織全体にわたる気泡濃度を測定することによって実行されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、気泡濃度は、例えば、組織エコー輝度(後方散乱信号(integrated back scatter) - IBSとも称される)に比例するものとして、組織エコー輝度を使用して推定されてもよい。気泡濃度は、それぞれの超音波装置によって提供される最大の時間分解能及び空間分解能で、規則的な二次元Bモード超音波画像を使用して推定されてもよく、本明細書に記載されるような対応する高分解能アブレーションの超音波ベースの誘導を可能にしてもよいことが強調される。例えば、図7Aは、式1によって形式的に表される、各点におけるBモード超音波画像の時間勾配に関連して導出されるパラメトリック凝固マップ181の例をさらに提供する。式1中、σ(t)は、パラメトリック凝固マップを表し、B(t)は、時間の関数としての局所組織エコー輝度を表すIBS(t)に比例するBモード画像値を表す。
σ(t)=(∂B(t))/∂t (B(t) ∝ logIBS(t)) 式1
Quantitative estimation of damaged
σ(t)=(∂B(t))/∂t(B(t)∝logIBS(t))
なお、この定義では、パラメトリック凝固マップは、入射超音波強度に敏感ではなく、それゆえ、気泡吸収アーチファクト(例えば、関心点と超音波トランスデューサとの間に形成される気泡に起因する。上記の陰影の議論を参照)によって影響されもしない。 Note that in this definition, the parametric coagulation map is not sensitive to the incident ultrasound intensity, and is therefore due to bubble absorption artifacts (e.g., bubbles formed between the point of interest and the ultrasound transducer. Shading above). discussion).
図7Bは、本考案のいくつかの実施形態に係る、気泡発達フェーズのカラー表示の高レベル概略図である。導出されたパラメトリック凝固マップ181は、種々の様式で、例えば、各ピクセルがグレースケール値Bによって、又は(例えば、上記で説明されるフェーズ1、2、及び3のための3つの色を使用して)アブレーションの局所状態を示す色によって表される、超音波画像上の色オーバーレイマップとして表示されてもよい。このような表示の非限定的な例は、連続色スケールを使用して、40秒の前処置後(a)、20秒の処置後(b)、25秒の処置後(c)、30秒の処置後(d)、35秒の処置後(e)、及び40秒の処置後(f)の高周波アブレーション処置に起因する組織損傷を示す図7Bに提供される。
FIG. 7B is a high-level schematic illustration of a color representation of the bubble development phase, according to some embodiments of the present invention. The derived
パラメトリック凝固マップ181は、アブレーションゾーン形態を決定するために、組織又は患者固有のパラメータの知識に依存しないことに留意されたい。σ(t)は、組織壊死と予想される(例えば、24時間後の)組織アポトーシスの両方をリアルタイムで直接推定し、それらを画像化するために使用されるため、医師は、破壊プロファイルに関するリアルタイムフィードバックを得て、周囲組織への最小限の損傷のみで、腫瘍70及び所望のマージンの完全な破壊を確実にするように、アブレーションプロセスを調整することができる。医師に必要な情報(パラメトリック凝固マップ181)を提供するために必要なすべての情報は、一般に利用可能なBモード超音波画像から導出されることが強調される。
Note that
図7Cは、本考案のいくつかの実施形態に係る、それぞれの画定された損傷組織領域180で強調された(185)連続する超音波画像90の高レベル概略図である。図7Cに図示されるように、初期アブレーション81から開始して、画定された損傷組織領域180は、凝固マップ181として示されるその最終のサイズ及び形態に到達するまで、熱アブレーションが進行するにつれて徐々に成長する。なお、強調超音波画像185は、進行中の熱アブレーションの効果の1つ以上の表示、例えば、損傷領域の輪郭を描くこと(輪郭描写)、損傷領域を1つ以上の色でファイリングすること、超音波画像ピクセルを(例えば、それらの輝度に関して)変更すること、例えばパラメトリック凝固マップ181に対応するグレースケール画像への色の追加などを含んでもよい。画像ごとの画定された領域の蓄積は、熱アブレーション手順中に生じる検出された気泡、停止しつつある気泡の動き及び血管崩壊を反映する。
FIG. 7C is a high-level schematic illustration of
図7D及び7Eは、本考案のいくつかの実施形態に係る、グレーレベルヒストグラム152の高レベル概略例である。特定の実施形態では、アブレーション監視モジュール102はさらに、指定された領域のグレーレベルヒストグラム152を導出し、ヒストグラム152を分析して、アブレーションの開始150、気泡160及び気泡の動き170、並びに画像アーチファクトを識別するように構成されてもよい。例えば、アブレーションの開始150、気泡160及び気泡の動き170のいずれか、並びに組織の種類に対応する典型的なヒストグラム特徴(シグネチャ)が識別されてもよく、アブレーション監視モジュール102は、これらのヒストグラム特徴を検出及び識別するように構成されてもよい。特定の実施形態では、機械学習手順(例えば、深層学習)が、異なる症例及び/又は組織特性解析のためのヒストグラム特徴を特徴付けるために採用されてもよい。特定の実施形態では、ヒストグラムは、例えば、図7Dに特定の時間について概略的に示され、図7Eの個々の曲線に対応するように、ヒストグラム152、ヒストグラム152における異なるグレースケールレベルの相対頻度を示す線にヒストグラムを改変することによってさらに処理されてもよい。これらの線は、さらなる分析又は表示のために使用されてもよく、ヒストグラム特徴は、それぞれの事象(例えば、アブレーションの開始150、気泡160、及び気泡の動き170)に関連しうる典型的な線で表される。
7D and 7E are high-level schematic examples of a
超音波画像誘導型システム100は、到来する連続する超音波画像に関してリアルタイムで、アブレーション手順のための安全境界160を検出し、(超音波位置合わせモジュール101によって識別される)連続する超音波画像90内の周期的変化130に関して安全境界160を追跡し、(アブレーション監視モジュール102によって監視される)アブレーションが追跡された安全境界142に近づく場合、警告144を発するように構成された安全モジュール103(図1B参照)をさらに含んでもよい。例えば、安全境界160は、処置される臓器(例えば、肝臓又は肝葉)、隣接する重要構造(例えば、大動脈)、又は損傷が回避されるべき他の種類の組織の境界として定義されてもよい。安全モジュール103は、処置部位の近位にある重要な構造を残すように構成されてもよい。開示される安全モジュール103は、自然な動き(例えば、周期的変化130の例としての呼吸及び心拍)又は超音波トランスデューサの動きに起因する超音波画像90内の連続的な動きを通じて安全境界160を追跡142するように構成されることに留意されたい。
The ultrasound image-guided
図8A及び図8Bは、本考案のいくつかの実施形態に係る、画像185内の移動を通して位置合わせ140及び追跡142の維持を実証する、強調超音波画像185内の処置領域を追跡することについての非限定的な例を提供する。図では、処置領域は丸で囲まれており、患者の呼吸数に対応するスイングにおいて、位置合わせを失うことなく前後に移動するように概略的に示されている(図8A)。図8Bは、患者の強い動きによる追跡及び位置合わせの一時的な喪失、並びに位置合わせ及び追跡の迅速な回復を概略的に実証する。図は、開示される位置合わせ及び追跡の手順の安定性及び確実性を実証する。
8A and 8B for tracking a treatment region within an
シミュレーション及び計画モジュール106は、例えば、3Dデータ等の、例えばCT又はMRI86からの予備撮像データを、超音波に関連するデータに変換し、例えば、アブレーションされるべき組織の境界画定を提供するように構成されてもよい(以下の実施例における損傷組織と腫瘍との比較を参照)。
Simulation and
シミュレーション及び計画モジュール106は、動作パラメータ(例えば、アブレーション位置の強度、継続時間、数、及びタイミング等)並びに/又は空間構成(例えば、位置及び配向)をアブレーションツール80に提案し、次のアブレーション手順を計画及び/又はシミュレーションするように構成されてもよい。シミュレーション及び計画モジュール106は、予備撮像、例えば3D CT又はMRI画像(例えば、CTシステム86からのもの。図1C、図8A、及び図8B、並びに以下の実験データをも参照されたい)を利用してもよい。シミュレーション及び計画モジュール106は、熱アブレーションの種類を結果として生じる組織損傷と関連付ける、組織構造に関する以前の又は実験的な手順から収集された超音波データを利用してもよい。
The simulation and
熱アブレーション手順中に収集されたデータは、例えば、アブレーション分析モジュール104を介して、その分析を提供するために使用されてもよい。このデータはさらに、例えば、シミュレーション及び計画モジュール106を介して、アブレーション手順のシミュレーション及び計画を提供するために蓄積され処理されてもよい。
Data collected during a thermal ablation procedure may be used to provide that analysis, eg, via
特定の実施形態では、シミュレーション及び計画モジュール106は、アブレーション分析モジュール104及び以前の手順のいずれか、予備CT又はMRI画像86、熱及び流動モデル等の種々のソースから導出される組織冷却モデル116を含んでもよい。組織冷却モデル116は、処置される組織の近傍の血管の数及び空間構成等の組織構造を、特定の動作パラメータで、指定された空間構成においてアブレーションツール80によって印加される熱の分散に関連付けてもよい。
In certain embodiments, the simulation and
特定の実施形態では、予備CT画像の分析は、単一の超音波(又はCT)平面内で撮像されないが組織冷却に寄与し、それゆえ損傷組織領域の範囲及び形状に寄与する対角血管を含む、アブレーションされるべき組織を包囲する血管の空間構成を提供してもよい。対角血管が強調され、アブレーション手順を計画するために使用されてもよい。 In certain embodiments, the analysis of preliminary CT images includes diagonal vessels that are not imaged in a single ultrasound (or CT) plane but contribute to tissue cooling and therefore the extent and shape of the damaged tissue region. A spatial configuration of vessels surrounding the tissue to be ablated may be provided, including: Diagonal vessels may be highlighted and used to plan the ablation procedure.
特定の実施形態では、組織冷却モデル116を強化し、及び/又は予備撮像の分析を強化するために、自動化された学習手順が実装されてもよい。例えば、シミュレーション及び計画モジュール106は、血管の空間的構成を予測し、血管の冷却効果を査定し、アブレーション処置が開始されると、予測された気泡の動きの推定を提供するように構成されてもよい。
In certain embodiments, an automated learning procedure may be implemented to enhance
従って、次の処置を前提として、シミュレーション及び計画モジュール106は、特定の条件下での組織損傷を予測し、アブレーション手順を最適化するために、組織冷却モデル116を利用するように構成されてもよい。アブレーション監視モジュール102はさらに、アブレーション手順中にアブレーションパラメータを調整することと、必要に応じて組織冷却モデル116を更新することの両方を行うために、(例えば、冷却効果及び予測された気泡の動きに関する)組織冷却モデル116からの予測に関して、アブレーション手順を監視するように構成されてもよい。
Accordingly, given the following procedure, the simulation and
図1Eは、本考案の実施形態とともに使用されてもよい例示的なコンピューティングデバイス109の高レベルブロック図である。コンピューティングデバイス109は、例えば、1つ以上の中央処理ユニットプロセッサ(CPU)、1つ以上のグラフィックス処理ユニット(GPU又は汎用GPU - GPGPU)、チップ又は任意の適切なコンピューティングデバイス若しくは計算デバイスであるか、又はそれらを含んでもよいコントローラ又はプロセッサ63、オペレーティングシステム61、メモリ62、ストレージ65、入力デバイス66及び出力デバイス67を含んでもよい。超音波画像誘導型システム100、並びに/又は超音波位置合わせモジュール101、アブレーション監視モジュール102、安全モジュール103、アブレーション分析モジュール104、画質評価モジュール105及び/若しくは計画モジュール106等のそのモジュールのいずれかは、例えば図1Eに示すコンピュータシステムの少なくとも一部分を含んでもよい。
FIG. 1E is a high-level block diagram of an
オペレーティングシステム61は、コンピューティングデバイス109の動作の調整、スケジューリング、調停、監督、制御若しくは他の管理、例えばプログラムの実行のスケジューリングを含むタスクを実行するように設計及び/又は構成された任意のコードセグメントであってもよく、又はそれを含んでもよい。メモリ62は、例えばランダムアクセスメモリ(RAM)、読取り専用メモリ(ROM)、ダイナミックRAM(DRAM)、シンクロナスDRAM(SD-RAM)、ダブルデータレート(DDR)メモリチップ、フラッシュメモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、キャッシュメモリ、バッファ、短期メモリユニット、長期メモリユニット、若しくは他の適切なメモリユニット若しくはストレージユニットであってもよく、又はそれらを含んでもよい。メモリ62は、複数の、場合によっては異なるメモリユニットであってもよく、又はそれらを含んでもよい。メモリ62は、例えば、方法(例えば、コード64)を実行するための命令、及び/又はユーザ応答、中断等のデータを記憶してもよい。
実行可能コード64は、任意の実行可能コード、例えば、アプリケーション、プログラム、プロセス、タスク又はスクリプトであってもよい。実行可能コード64は、場合によってはオペレーティングシステム61の制御下でコントローラ63によって実行されてもよい。例えば、実行可能コード64は、実行されると、本考案の実施形態に従って、コンピュータコードの生成若しくはコンパイル、又はVR実行若しくは推論等のアプリケーション実行を引き起こしてもよい。実行可能コード64は、本明細書に記載される方法によって生成されるコードであってもよい。本明細書に記載される様々なモジュール及び機能について、1つ以上のコンピューティングデバイス109又はコンピューティングデバイス109の構成要素が使用されてもよい。コンピューティングデバイス109に含まれるものと同様又は異なる構成要素を含むデバイスが使用されてもよく、ネットワークに接続され、システムとして使用されてもよい。1つ以上のプロセッサ63が、例えば、ソフトウェア又はコードを実行することによって、本考案の実施形態を実行するように構成されてもよい。
ストレージ65は、例えば、ハードディスクドライブ、フロッピー(登録商標)ディスクドライブ、コンパクトディスク(CD)ドライブ、CDレコーダブル(CD-R)ドライブ、ユニバーサルシリアルバス(USB)デバイス、若しくは他の適切なリムーバブル記憶ユニット及び/若しくは固定記憶ユニットであってもよく、又はそれらを含んでもよい。命令、コード、VRモデルデータ、パラメータ等のデータは、ストレージ65に記憶されてもよく、ストレージ65からメモリ62にロードされてもよく、そこでコントローラ63によって処理されてもよい。いくつかの実施形態では、図1Eに示される構成要素のうちのいくつかは、省略されてもよい。
入力デバイス66は、例えば、マウス、キーボード、タッチスクリーン若しくはタッチパッド、若しくは任意の好適な入力デバイスであってもよく、又はそれらを含んでもよい。ブロック66によって示されるように、任意の適切な数の入力デバイスがコンピューティングデバイス109に動作可能に接続されてもよいことが認識されるであろう。出力デバイス67は、1つ以上のディスプレイ、スピーカー、及び/又は任意の他の適切な出力デバイスを含んでもよい。ブロック67によって示されるように、任意の適切な数の出力デバイスがコンピューティングデバイス109に動作可能に接続されてもよいことが認識されるであろう。任意の適用可能な入力/出力(I/O)デバイスがコンピューティングデバイス109に接続されてもよく、例えば、有線又は無線のネットワークインターフェースカード(NIC)、モデム、プリンタ若しくはファクシミリ機、ユニバーサルシリアルバス(USB)デバイス又は外部ハードドライブが、入力デバイス66及び/又は出力デバイス67に含まれてもよい。
本考案の実施形態は、命令、例えばプロセッサ若しくはコントローラによって実行されると本明細書に開示される方法を実行するコンピュータ実行可能命令を符号化し、含み、又は記憶する1つ以上の物品(例えば、メモリ62若しくはストレージ65)、例えば非一時的なコンピュータ若しくはプロセッサの可読媒体、又は非一時的なコンピュータ若しくはプロセッサの記憶媒体、例えばメモリ、ディスクドライブ、又はUSBフラッシュメモリ等を含んでもよい。
Embodiments of the present invention comprise one or more articles (e.g.,
図9Aは、本考案のいくつかの実施形態に係る超音波ディスプレイ195の高レベル概略図である。超音波ディスプレイ195は、超音波画像誘導型システム100内で、熱アブレーションユニット80及び超音波システム85と関連付けられてもよく、繰り返し更新されるBモード超音波画像185と、繰り返し更新されるBモード超音波画像185上に位置合わせされた熱損傷組織の少なくとも1つの表示197とを含んでもよい。組み合わされ及び/又は代替されてもよい表示197の非限定的な例は、熱損傷組織の境界197A及び/又は熱損傷組織を示す着色領域197Bを含み(例えば、図9A参照)、これらは、対応する熱アブレーション手順が進行するにつれて繰り返し更新されてもよい。代替として、又は補完的に、表示197は、気泡形成(フェーズ1)、気泡形成及び血管による気泡排出の両方が生じる気泡発達(フェーズ2)、並びに気泡飽和(フェーズ3)(例えば、上記の図7A及び図7Bを参照)の表示197Cを含んでもよく、これらは、対応する熱アブレーション手順が進行するにつれて繰り返し更新されてもよい。特定の実施形態では、超音波画像185は、グレースケールで表示されてもよく、段階1、2、及び3の表示197C等の表示197は、連続する超音波画像内の監視された気泡のそれぞれの蓄積率(蓄積速度)に従って段階1、2、及び3がピクセルごとに定められる異なる色で表示されてもよい。明らかに、色は、例えば、気泡蓄積率、気泡の動き性、若しくはそれぞれのピクセルの組織損傷の程度を定量化するために使用される任意の他のパラメータに対応する連続パラメータを反映してもよく、かつ/又は任意の定められた損傷閾値を反映するように変更及び/若しくは離散化されてもよい。
FIG. 9A is a high level schematic diagram of an
特定の実施形態では、超音波ディスプレイ195はさらに、例えば、安全モジュール103に従って、対応する熱アブレーション手順のための安全境界を示すように構成されてもよい。特定の実施形態では、超音波ディスプレイ195はさらに、例えば超音波位置合わせモジュール101に従って、患者の呼吸数及び/又は心拍数等、連続する超音波画像90内の周期的変化130から導出された医療パラメータ135を示すように構成されてもよい。特定の実施形態では、超音波ディスプレイ195は、繰り返し更新されるBモード超音波画像185及び熱損傷組織の表示197を2つの相互に直交する平面に表示するように構成されていてもよい。
In certain embodiments, the
超音波画像誘導型システム100はさらに、処置される組織の予備画像を導出するために使用されるCTシステム86と関連付けられてもよい。超音波ディスプレイ195はさらに、表示される表示(複数可)197を組織のCTベースの画像(複数可)に関連付けるように構成されてもよい。図9Bは、本考案のいくつかの実施形態に係る、アブレーション手順を計画するために使用されるCTベースの画像の高レベル概略図である。肝臓腫瘍アブレーション手順のための3D解剖学的モデルが示されており、アブレーションツール80及びシミュレートされたアブレーション体積82の位置決めを示す。特定の実施形態では、計画の少なくとも一部は、例えば、組織冷却モデル116に関して、超音波画像上でシミュレーション及び計画モジュール106によって行われてもよい(図1A及び図1Cを参照)。計画の少なくとも一部は、シミュレーション及び計画モジュール106に関連付けられてもよい超音波ディスプレイ195を使用して実行及び/又は表示されてもよい。
The ultrasound image-guided
図10は、本考案のいくつかの実施形態に係る方法200を示す高レベルフローチャートである。この方法の段階は、任意選択で方法200を実施するように構成されてもよい、超音波画像誘導型システム100及び/又は上述のそのモジュールのいずれかに関して実行されてもよい。方法200は、少なくとも1つのコンピュータプロセッサによって、例えば、超音波システム又は関連システムにおいて、少なくとも部分的に実装されてもよい。特定の実施形態は、コンピュータ可読プログラムが具現化され、方法200の関連する段階を実行するように構成されたコンピュータ可読記憶媒体(例えば、図1E参照)を含むコンピュータプログラム製品を含む。方法200は、以下の段階を含んでもよいが、それらの順序は問わない。
FIG. 10 is a high-level flowchart illustrating a
方法200は、連続する超音波画像間の少なくとも1つの相関値を計算及び監視すること(段階220)と、計算された少なくとも1つの相関値の値から複数のキーフレームを識別すること(段階222)と、計算された少なくとも1つの相関値の値から連続する超音波画像内の少なくとも1つの周期的変化を識別すること(段階224)と、識別された少なくとも1つの周期的変化に関して、同じフェーズを有する連続するキーフレーム内のピクセルを相関させることによって超音波画像位置合わせを実行すること(段階230)とによって、複数の連続する超音波画像(例えば、到来する画像)に関してリアルタイム(又はほぼリアルタイム)で超音波画像位置合わせを実行すること(段階201)を含む。方法200は、2つの相互に直交する平面又は3Dにおいて超音波画像を使用すること(段階205)を含んでもよい。
The
相関値(複数可)又は等価な尺度は、様々な方法、例えば、絶対差分和(SAD)、二乗差分和(SSD)、正規化相互相関(NCC)、カーネルベースの追跡アルゴリズム、正規化勾配場を使用する非線形画像位置合わせ、高密度オプティカルフローを使用する2D動作追跡、ベイジアンアルゴリズム、動き推定フレームワーク等によって計算されてもよいことに留意されたい。 Correlation value(s) or equivalent measures can be calculated in a variety of ways, e.g., sum of absolute differences (SAD), sum of squared differences (SSD), normalized cross-correlation (NCC), kernel-based tracking algorithms, normalized gradient field , 2D motion tracking using dense optical flow, Bayesian algorithms, motion estimation frameworks, etc. may be computed.
特定の実施形態では、方法200は、識別された周期的変化(複数可)から、呼吸数及び/又は心拍数等の医療パラメータを導出すること(段階210)を含んでいてもよい。方法200は、指定された閾値より大きい、監視された相関値(複数可)の減少を検出することによって面外フレームを検出すること(段階212)をさらに含んでもよい。方法200は、連続する超音波画像の画質を評価して、低品質画像を除去すること(段階214)を含んでもよい。特定の実施形態では、評価214は、例えば、以前に受信された画像に関して画像を自動的にタグ付けし、場合によっては、自動的にタグ付けされたデータバンクを形成し、機械学習を使用して、タグ付けされた画像に関して到来する画像の画質を評価することによって実行されてもよい。
In certain embodiments,
代替として、又は補完的に、方法200は、受信された超音波画像から少なくとも1つのキーフレームを識別することによって位置合わせ203を実行すること(段階232)と、上記少なくとも1つのキーフレームに関して受信された超音波画像に少なくとも2つの位置合わせアルゴリズムを適用して、対応する少なくとも2つの信頼度スコアを得ること(段階234)と、上記少なくとも2つの信頼度スコアが指定された閾値を上回る受信された超音波画像を位置合わせすること(段階236)とを含んでもよい。代替的に、又は補完的に、方法200は、少なくとも2つの位置合わせアルゴリズムの結果に関して投票手順を実行することによって、集約された信頼度スコアを導出すること(段階238)を含んでもよい。
Alternatively or complementary,
方法200は、指定された継続時間内に発生しかつ指定された閾値を上回る監視された相関値(複数可)の変化によってアブレーションの開始を識別すること(段階250)、位置合わせされた超音波画像内のアブレーションによって形成される気泡を識別すること(段階260)、並びに/又は少なくとも識別されたキーフレーム及び/若しくは識別された周期的変化(複数可)に従って、位置合わせされた超音波画像において、例えばBモード超音波画像において気泡の移動を検出すること(段階270)によって、Bモード超音波画像を使用して熱アブレーションを監視すること(段階240)をさらに含む。
The
方法200は、到来する連続する超音波画像に関して動的かつリアルタイムで、上記検出された気泡の動きに関してかつそれを排除して熱損傷組織領域を画定すること(段階280)をさらに含んでもよい。方法200は、到来する連続する超音波画像に関して動的かつリアルタイムで、検出された気泡の動きに関して無傷の血管を画定すること(段階282)を含んでもよい。特定の実施形態では、方法200は、画定された血管を、強調された予備CT画像において識別された血管と相関させること(段階285)を含んでもよい。方法200はさらに、到来する連続する超音波画像に関して動的かつリアルタイムで、気泡の動きの検出された停止に従って損傷した血管を識別すること(段階290)と、場合によっては、識別された損傷した血管を画定された熱損傷組織領域に追加すること(段階292)とを含んでもよい。
The
特定の実施形態では、方法200はさらに、識別された気泡に関して、連続する超音波画像内の陰影領域を画定すること(段階300)と、熱損傷組織領域の遠位境界を決定及び/又は画定するように、陰影領域を強調すること(段階305)とを含んでもよい。
In certain embodiments, the
特定の実施形態では、方法200はさらに、到来する連続する超音波画像に関してリアルタイムで、アブレーション手順のための安全境界を検出すること(段階310)と、連続する超音波画像内の識別された周期的変化(複数可)に関して安全境界を追跡すること(段階312)と、アブレーションが追跡された安全境界に接近する場合に警告を発すること(段階315)とを含んでもよい。
In certain embodiments,
開示するシステム及び方法を、19人の患者における20個の肝臓腫瘍の熱RFアブレーションの24時間後に撮影した強調CT(CECT)画像に対して画定された損傷組織180を比較する実験設定において検証した。パラメトリック凝固マップ181は、33ミリ秒のフレーム間期間での80秒の処置中に得た超音波画像90から式1に従って導出した。次いで、パラメトリック凝固マップ181を使用して、画定された損傷組織180を導出した。
The disclosed systems and methods were validated in an experimental setting comparing the defined damaged
図11A~図11Cは、比較した損傷組織領域、境界を定めた損傷組織180の間の類似性のレベルを提示するブランド-アルトマンプロット、並びに本考案のいくつかの実施形態に係る比較実験画像、及び従来技術において測定したアブレーションの24時間後にCECTによって測定した損傷組織のそれぞれの説明図を提供する。比較は、画定された損傷組織180とCECT75によって測定した損傷組織との重なりに対する真陽性(TP)として、CECT75によって測定した損傷組織を越えて延在する画定された損傷組織180に対する偽陽性(FP)として、及び画定された損傷組織180を越えて延在するCECT75によって測定した損傷組織に対する偽陰性(FN)として、図11Aに示す領域に関して、式2に定義された3つのメトリックを使用して実行した。真陰性(TN)は、画定された損傷組織180及びCECT75によって測定した損傷組織の両方の外側の組織領域を表す。
ソレンセン-ダイス(Sφrensen-Dice)係数=2TP/(FN+2TP+FP)
感度メトリック=TP/(TP+FN)
精度メトリック=TP/(TP+FP)
式2
11A-11C are Bland-Altman plots presenting the level of similarity between the compared damaged tissue areas, demarcated damaged
Sorensen-Dice (Sφrensen-Dice) coefficient = 2TP/(FN + 2TP + FP)
Sensitivity metric = TP/(TP + FN)
Accuracy metric = TP/(TP+FP)
図11Bは、ブランド-アルトマンプロット(2つの測定方法によって提供される面積間の差をそれらの平均と比較する)を使用して、画定された損傷組織180によって評価した総病変面積とアブレーションの24時間後にCECTによって測定した損傷組織との間の平均差は、両方の方法によって5.03±0.2cm2と測定された平均病変サイズと比較して、標準偏差σ=0.2cm2でμ=0.02cm2であった(測定値の95%は、示された±2σ内にある)ことを示す。従って、開示される方法及びシステムは、従来技術のアブレーション後測定に非常によく対応する非常に正確な結果を提供する。
FIG. 11B shows total lesion area and 24% of ablation assessed by damaged
図11Cは、画定された損傷組織180(塗りつぶした赤色領域として)を、処置後24時間でCECTによって撮像した実際の損傷組織(赤色領域と重なる青色領域)と比較する比較実験画像を提示する。損傷領域は整合するだけでなく、損傷が理論的な楕円形状から著しく逸脱する場合も整合することに留意されたい(連続的に加熱される領域82については図1Aの概略図を参照)。そのような形状は、例えば、熱アブレーション中に損傷を受けず、それゆえ気泡の動き170の動的表現から分かるように、それを取り囲む組織を冷却し続ける比較的大きい血管の近傍に生じる。
FIG. 11C presents a comparative experiment image comparing the defined damaged tissue 180 (as filled red area) with the actual damaged tissue imaged by CECT 24 hours after treatment (blue area overlapping red area). Note that the lesion areas align not only when the lesions deviate significantly from the theoretical elliptical shape (see schematic in FIG. 1A for continuously heated region 82). Such shapes occur, for example, near relatively large blood vessels that are not damaged during thermal ablation and therefore continue to cool the surrounding tissue, as can be seen from the dynamic representation of
システム100へのCTデータ転送、3D CTデータの2D超音波画像90との相関及び位置合わせ、超音波位置合わせ140、並びに損傷組織180の計算、分析、及び境界画定を含む開示される手順は、Fraunhofer Institute for Digital Medicine MEVIS(フラウンホーファー医用画像演算研究所)で行われた試験において検証されている。
The disclosed procedures, including CT data transfer to
本考案の態様は、本考案の実施形態に係る方法、装置(システム)及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及び/又は部分図を参照して上述されている。フローチャート図及び/又は部分図の各部分、並びにフローチャート図及び/又は部分図の中の部分の組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実装されてもよいことが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供されて、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャート及び/若しくは部分図、又はその部分において指定される機能/行為を実施するための手段を生成するように機械が作り出されててもよい。 Aspects of the present invention are described above with reference to flowchart illustrations and/or partial illustrations of methods, apparatus (systems) and computer program products according to embodiments of the invention. It will be understood that each portion of the flowchart illustrations and/or sub-charts, and combinations of parts within the flowchart illustrations and/or sub-charts, can be implemented by computer program instructions. These computer program instructions may be provided to a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing apparatus such that the instructions executed via the processor of the computer or other programmable data processing apparatus may be used as flowcharts and/or instructions. A machine may be constructed to generate a partial view or means for performing the functions/acts specified in that portion.
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、又は他のデバイスに特定の様式で機能するように指示することができるコンピュータ可読媒体に記憶されてもよく、それにより、コンピュータ可読媒体に記憶された命令は、フローチャート及び/若しくは部分図、又はその部分において指定される機能/行為を実施する命令を含む製造品を生成する。 These computer program instructions may be stored on a computer-readable medium capable of directing a computer, other programmable data processing apparatus, or other device to function in a specified manner, thereby causing the computer-readable medium to The instructions stored in the flowcharts and/or partial diagrams, or articles of manufacture that include instructions for performing the functions/acts specified in that portion.
上記コンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、又は他のデバイス上にロードされて、一連の動作工程がコンピュータ、他のプログラマブル装置、又は他のデバイス上で実行されるようにして、コンピュータ実装プロセスを生成してもよく、それにより、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置上で実行される命令が、フローチャート及び/若しくは部分図又はその部分で指定される機能/行為を実施するためのプロセスを提供する。 The computer program instructions are loaded onto a computer, other programmable data processing apparatus, or other device such that a series of operational steps are performed on the computer, other programmable apparatus, or other device, A computer-implemented process may be generated whereby instructions executing on a computer or other programmable data processing apparatus perform the functions/acts specified in the flowchart illustrations and/or sub-diagrams or portions thereof. Provide a process.
上述のフローチャート及び図は、本考案の様々な実施形態に係るシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能、及び動作を示す。この点に関して、フローチャート又は部分図における各部分は、コードのモジュール、セグメント、又は部分を表してもよく、それらは指定された論理機能(複数可)を実装するための1つ以上の実行可能命令を含む。いくつかの代替的な実装形態では、その部分に示された機能は、図に示された順序とは異なる順序で生じてもよいことにも留意されたい。例えば、連続して示される2つの部分は、実際には、実質的に同時に実行されてもよく、又は上記部分は、時として、関連する機能性に応じて、逆の順序で実行されてもよい。部分図及び/又はフローチャート図の各部分、並びに部分図及び/又はフローチャート図の部分の組み合わせは、指定された機能又は行為を実行する専用ハードウェアベースのシステム、又は専用ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって実装することができるということにも留意されたい。 The foregoing flowcharts and diagrams illustrate the architecture, functionality, and operation of possible implementations of systems, methods and computer program products according to various embodiments of the present invention. In this regard, each portion in a flowchart or sub-diagram may represent a module, segment, or portion of code, which consists of one or more executable instructions for implementing the specified logical function(s). including. It should also be noted that, in some alternative implementations, the functions noted in the section may occur out of the order noted in the figures. For example, two portions shown in succession may, in fact, be executed substantially concurrently or the portions may sometimes be executed in the reverse order, depending on the functionality involved. good. Each portion of the partial diagrams and/or flowchart illustrations, and combinations of portions of the partial diagrams and/or flowchart illustrations, may represent a dedicated hardware-based system, or a combination of dedicated hardware and computer instructions, that performs the specified functions or acts. Note also that it can be implemented by combination.
上記の説明において、実施形態は、本考案の例又は実装例である。「1つの実施形態」、「一実施形態」、「特定の実施形態」、又は「いくつかの実施形態」の様々な出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すわけではない。本考案の様々な特徴は、単一の実施形態の文脈で説明されてもよいが、それらの特徴は、別個に、又は任意の好適な組み合わせで提供されてもよい。逆に、本考案は、明確にするために別個の実施形態の文脈で本明細書に記載されてもよいが、本考案は、単一の実施形態で実装されてもよい。本考案の特定の実施形態は、上記で開示される異なる実施形態からの特徴を含んでもよく、特定の実施形態は、上記で開示される他の実施形態からの要素を組み込んでもよい。特定の実施形態の文脈における本考案の要素の開示は、その特定の実施形態のみにおけるそれらの使用を限定するものとして解釈されるべきではない。さらには、本考案は、様々な方法で実行又は実施することができ、本考案は、上記の説明で概説したもの以外の特定の実施形態において実施することができることを理解されたい。 In the above description, an embodiment is an example or implementation of the present invention. The various appearances of "one embodiment," "one embodiment," "a particular embodiment," or "some embodiments" do not necessarily all refer to the same embodiment. Although various features of the invention may be described in the context of a single embodiment, those features may be provided separately or in any suitable combination. Conversely, although the invention may be described herein in the context of separate embodiments for clarity, the invention may be implemented in a single embodiment. Certain embodiments of the invention may include features from different embodiments disclosed above, and certain embodiments may incorporate elements from other embodiments disclosed above. Disclosure of elements of the invention in the context of a particular embodiment should not be construed as limiting their use only in that particular embodiment. Furthermore, it is to be understood that the invention may be practiced or carried out in various ways and that the invention may be practiced in specific embodiments other than those outlined in the foregoing description.
本考案は、これらの図又は対応する説明に限定されない。例えば、フローは、図示された各ボックス又は状態を通って移動する必要はなく、又は図示及び説明されたのと全く同じ順序で移動する必要もない。本明細書で使用される技術用語及び科学用語の意味は、別段の定義がない限り、本考案が属する技術分野の当業者によって通常理解されるとおりである。本考案は、限られた数の実施形態に関して説明されてきたが、これらは、本考案の範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、むしろ、好ましい実施形態のいくつかの例示として解釈されるべきである。他の可能な変形例、改変例、及び応用例も本考案の範囲内にある。従って、本考案の範囲は、これまで説明されたものによってではなく、添付の実用新案登録請求の範囲及びそれらの法的均等物によって限定されるべきである。
The invention is not limited to these figures or the corresponding description. For example, flow need not move through each illustrated box or state, or in exactly the same order as illustrated and described. The meanings of technical and scientific terms used herein are as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. While the invention has been described with respect to a limited number of embodiments, these should not be construed as limitations on the scope of the invention, but rather as exemplifications of some of the preferred embodiments. is. Other possible variations, modifications, and applications are also within the scope of the invention. Accordingly, the scope of the present invention should be limited not by what has been described, but by the attached utility model claims and their legal equivalents.
Claims (25)
繰り返し更新されるBモード超音波画像と、
前記繰り返し更新されるBモード超音波画像に位置合わせされた熱損傷組織の少なくとも1つの表示と
を含む超音波ディスプレイ。 An ultrasound display associated with a thermal ablation unit, comprising:
a repeatedly updated B-mode ultrasound image;
and at least one representation of thermally damaged tissue registered with said repeatedly updated B-mode ultrasound image.
前記連続する超音波画像を相関させて相関値を得るように構成されるコンピュータ可読プログラムと、
前記相関値から複数のキーフレームを識別するように構成されるコンピュータ可読プログラムと、
前記相関値から前記連続する超音波画像内の少なくとも1つの周期的変化を識別するように構成されるコンピュータ可読プログラムと、
識別された前記少なくとも1つの周期的変化に関して、同じフェーズを有する連続するキーフレーム内のピクセルを相関させることによって前記超音波画像位置合わせを実行するように構成されるコンピュータ可読プログラムと
を含むコンピュータプログラム製品。 1. A computer program product comprising a computer readable storage medium embodying a computer readable program and configured to perform ultrasound image registration for a plurality of consecutive ultrasound images, the computer readable program comprising:
a computer readable program configured to correlate the successive ultrasound images to obtain a correlation value;
a computer readable program configured to identify a plurality of keyframes from the correlation values;
a computer readable program configured to identify at least one periodic change in the successive ultrasound images from the correlation value;
and a computer readable program configured to perform said ultrasound image registration by correlating pixels in successive keyframes having the same phase for said at least one identified periodic change. product.
受信された連続する超音波画像を相関させて相関値を得ること、
前記相関値の値から複数のキーフレームを識別すること、
前記相関値から前記連続する超音波画像内の少なくとも1つの周期的変化を識別すること、及び
識別された前記少なくとも1つの周期的変化に関して、同じフェーズを有する連続するキーフレーム内のピクセルを相関させることによって超音波画像位置合わせを実行すること
を行うように構成される超音波位置合わせモジュール。 An ultrasonic alignment module comprising:
correlating successive ultrasound images received to obtain a correlation value;
identifying a plurality of keyframes from the values of the correlation value;
identifying at least one periodic change in the consecutive ultrasound images from the correlation values; and correlating pixels in consecutive keyframes having the same phase for the identified at least one periodic change. An ultrasound registration module configured to perform ultrasound image registration by:
複数の連続する超音波画像を受信するように構成される請求項12から請求項15のいずれか1項に記載の超音波位置合わせモジュールと、
指定された継続時間内に発生しかつ指定された閾値を上回る、前記超音波位置合わせモジュールによって計算された前記相関値の変化によってアブレーションの開始を識別するように構成されるアブレーション監視モジュールと、
を含む超音波画像誘導型システム。 An ultrasound image-guided system for thermal ablation comprising:
16. The ultrasound registration module of any one of claims 12-15 configured to receive a plurality of consecutive ultrasound images;
an ablation monitoring module configured to identify the onset of ablation by a change in the correlation value calculated by the ultrasound registration module occurring within a specified duration and above a specified threshold;
an ultrasound image-guided system comprising:
前記超音波位置合わせモジュールによって識別される前記連続する超音波画像内の前記少なくとも1つの周期的変化に関して前記安全境界を追跡し、
前記アブレーション監視モジュールによって監視される前記アブレーションが追跡された前記安全境界に近づく場合、警告を発する
ように構成される安全モジュールをさらに含む請求項16から請求項19のいずれか1項に記載の超音波画像誘導型システム。 detecting the safe boundary of the ablation procedure in real-time with respect to the incoming sequential ultrasound images;
tracking the safety boundary with respect to the at least one periodic change in the successive ultrasound images identified by the ultrasound registration module;
20. The superstructure of any one of claims 16-19, further comprising a safety module configured to issue a warning if the ablation monitored by the ablation monitoring module approaches the tracked safety boundary. Acoustic image-guided system.
複数の連続する超音波画像を受信し、
受信された前記超音波画像から少なくとも1つのキーフレームを識別し、
前記少なくとも1つのキーフレームに関して受信された前記超音波画像に少なくとも2つの位置合わせアルゴリズムを適用し、対応する少なくとも2つの信頼度スコアを得て、
前記少なくとも2つの信頼度スコアが指定された閾値を上回る受信された前記超音波画像を位置合わせするように構成される超音波位置合わせモジュールと、
位置合わせされた前記画像におけるアブレーションの開始を識別し、
位置合わせされた前記超音波画像内のアブレーションによって形成された気泡を識別して、位置合わせされた前記超音波画像において気泡の動きを検出し、
位置合わせされた前記超音波画像上でアブレーション領域を表示する
ように構成されるアブレーション監視モジュールと
を含む超音波画像誘導型システム。 An ultrasound image-guided system for thermal ablation comprising:
receiving a plurality of consecutive ultrasound images;
identifying at least one keyframe from the received ultrasound image;
applying at least two registration algorithms to the ultrasound images received for the at least one keyframe to obtain at least two corresponding confidence scores;
an ultrasound registration module configured to align the received ultrasound images for which the at least two confidence scores exceed a specified threshold;
identifying the onset of ablation in the registered images;
identifying bubbles formed by ablation in the registered ultrasound images and detecting bubble movement in the registered ultrasound images;
an ablation monitoring module configured to display an ablation region on the registered ultrasound image.
wherein said indication includes indication of bubble formation (Phase 1), bubble development (Phase 2) with both bubble formation and vascular bubble evacuation, and bubble saturation (Phase 3), said indication includes corresponding thermal ablation procedures; 25. The ultrasound image-guided system of any one of claims 21-24, wherein is repeatedly updated as .
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